專利名稱：室內(nèi)光傳感器無線網(wǎng)絡(luò)的嵌入式網(wǎng)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種室內(nèi)光環(huán)境無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)接入方案，尤其涉及一種基于室內(nèi)光傳感器無線網(wǎng)絡(luò)的嵌入式網(wǎng)關(guān)。
背景技術(shù)：
光環(huán)境是室內(nèi)環(huán)境的重要指標(biāo)之一，需要滿足人們工作、生活、審美和保護(hù)視 力等要求。常用的光環(huán)境參數(shù)包括照度，亮度，空間照度，紫外輻照度，年曝光量，色 度等。準(zhǔn)確的測(cè)試數(shù)據(jù)可以提供真實(shí)的光環(huán)境信息對(duì)室內(nèi)照明的評(píng)估、規(guī)劃和設(shè)計(jì)提供 基礎(chǔ)，同時(shí)可以預(yù)防不合理照明或是燈具故障帶來的危害。目前的光度測(cè)量技術(shù)作為獨(dú) 立技術(shù)，已比較完善，但是在光環(huán)境測(cè)試評(píng)估中就顯得缺乏系統(tǒng)性和通用性，主要表現(xiàn) 為(1)集中在一個(gè)時(shí)段內(nèi)對(duì)某些關(guān)鍵部分進(jìn)行測(cè)量，無法長(zhǎng)期實(shí)施監(jiān)測(cè)；(2)測(cè)量參數(shù) 單一，通用性差，可擴(kuò)展性差；(3)各個(gè)傳感器獨(dú)立測(cè)量，相互之間缺乏聯(lián)系，不能將 位置信息與光環(huán)境信息統(tǒng)一；(4)缺乏有效的網(wǎng)絡(luò)管理，自動(dòng)化程度不高。如果將不同種類的光傳感器連成無線網(wǎng)絡(luò)，建立傳感器位置信息和采樣信息之 間的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一匯集處理，就能在現(xiàn)有光度測(cè)量技術(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)光環(huán)境的 分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)。Zigbee技術(shù)因其近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率的特 征，能夠很好地應(yīng)用在室內(nèi)光傳感器無線網(wǎng)絡(luò)中；其無線通信的優(yōu)勢(shì)省去了布線的麻 煩，節(jié)省安裝和改造費(fèi)用，并大大降低了火災(zāi)隱患。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、 自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，對(duì)光傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能化要求也越來越高，用戶希望可以通過計(jì) 算機(jī)對(duì)傳感器采樣結(jié)果進(jìn)行可視化顯示，并利用離線處理結(jié)果對(duì)光傳感器無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行 重新配置。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)上述需求，本實(shí)用新型的目的是提供一種室內(nèi)光傳感器無線網(wǎng)絡(luò)的嵌入式 網(wǎng)關(guān)，以提高光傳感器無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)處理能力。為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是該室內(nèi)光傳感器無線網(wǎng)絡(luò) 的嵌入式網(wǎng)關(guān)主要包括無線網(wǎng)絡(luò)通信控制裝置和信息管理控制裝置，所述無線網(wǎng)絡(luò)通信 控制裝置包括第一主控模塊、通用光傳感器接口模塊、無線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊和網(wǎng)關(guān)接入模 塊；所述信息管理控制裝置包括第二主控模塊、人機(jī)交互模塊、信息配置模塊、電源管 理模塊和時(shí)鐘管理模塊；所述第一主控模塊分別與通用光傳感器接口模塊、無線網(wǎng)絡(luò)通 訊模塊和網(wǎng)關(guān)接入模塊相連；第二主控模塊分別與人機(jī)交互模塊、信息配置模塊、電源 管理模塊和時(shí)鐘管理模塊相連，電源管理模塊與通用光傳感器接口模塊連接；第一主控 模塊與第二主控模塊連接。進(jìn)一步地，本實(shí)用新型所述通用光傳感器接口模塊的電路為電阻Rl的一端與 超低阻抗模擬開關(guān)Sl的NO腳連接，電阻Rl的另一端分別與放大器Al的負(fù)端、超低阻 抗模擬開關(guān)Sl的COM腳和數(shù)字電位器U2的RL腳連接；數(shù)字電位器U2的RH腳分別與放大器Al的輸出端和A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端連接；放大器Al的正端接地。進(jìn)一步地，本實(shí)用 新型所述無線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊連接有網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)器。進(jìn)一步地，本實(shí)用新型所述網(wǎng)關(guān)接入模塊連接有通信質(zhì)量指示器?？梢姡緦?shí)用新型室內(nèi)光傳感器無線網(wǎng)絡(luò)的嵌入式網(wǎng)關(guān)采用的是雙核控制結(jié) 構(gòu)，第一主控模塊為無線網(wǎng)絡(luò)通信控制器，集成了無線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊，擴(kuò)展通用光傳感 器接口模塊，網(wǎng)關(guān)接入模塊；第二主控模塊為信息管理控制器，擴(kuò)展人機(jī)交互模塊，信 息配置模塊，電源管理模塊和時(shí)鐘管理模塊。兩組控制器并行工作，能夠?qū)崿F(xiàn)任務(wù)獨(dú)立 運(yùn)行，也可以通過數(shù)據(jù)傳遞以及外部接口實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是1)兩組控制器并行處理各自任務(wù)，數(shù)據(jù)傳輸和運(yùn)算速度快，由此光傳感器無線 網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)處理能力得到提高；2)控制模塊采用低功耗片上系統(tǒng)芯片，成本低，可靠性好，便攜性強(qiáng)；3)采用通用光傳感器接口模塊，可擴(kuò)展性強(qiáng)；4)利用Zigbee無線通信技術(shù)可方便的對(duì)光傳感器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，大大降低網(wǎng)絡(luò) 布線帶來的風(fēng)險(xiǎn)和成本，方便安裝和改造；5)本實(shí)用新型嵌入式網(wǎng)關(guān)既可連接于光傳感器無線網(wǎng)絡(luò)和上位機(jī)之間，也可以 脫離上位機(jī)獨(dú)立工作。當(dāng)連接于光傳感器無線網(wǎng)絡(luò)和上位機(jī)之間時(shí)，用戶可以方便地通 過上位機(jī)從遠(yuǎn)端對(duì)分布式的光傳感器無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)控和管理，同時(shí)也使得智能管理、 集中控制成為可能。當(dāng)脫離上位機(jī)獨(dú)立工作時(shí)，通過人機(jī)接口獲得采樣信息或下達(dá)調(diào)整 指令。

圖1是本實(shí)用新型嵌入式網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)示意框圖；圖2是本實(shí)用新型的無線網(wǎng)絡(luò)通信控制裝置的結(jié)構(gòu)示意框圖；圖3是本實(shí)用新型的通用光傳感器接口模塊的電路原理圖；圖4是本實(shí)用新型的信息管理控制裝置的結(jié)構(gòu)示意框圖；圖5是本實(shí)用新型的嵌入式網(wǎng)關(guān)的雙核并行結(jié)構(gòu)原理圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的室內(nèi)光傳感器無線網(wǎng)絡(luò)的嵌入式網(wǎng)關(guān)提供人機(jī)接口，實(shí)現(xiàn)光傳感 器網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)接入功能；網(wǎng)關(guān)采用雙核控制結(jié)構(gòu)，分別處理無線網(wǎng)絡(luò)通信和信息管理 任務(wù)；擴(kuò)展通用光傳感器接口，支持標(biāo)準(zhǔn)USB接入方式；通過上位機(jī)使用圖形用戶界 面以實(shí)現(xiàn)可視化的監(jiān)測(cè)與控制，與光傳感器無線網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(diǎn)建立快速可靠的連 接，實(shí)時(shí)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。參照?qǐng)D1，本實(shí)用新型的室內(nèi)光傳感器無線網(wǎng)絡(luò)的嵌入式網(wǎng)關(guān)，包括無線網(wǎng)絡(luò)通 信控制裝置和信息管理控制裝置。其中，無線網(wǎng)絡(luò)通信控制裝置包括第一主控模塊1、 通用光傳感器接口模塊2、無線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊3、網(wǎng)關(guān)接入模塊4、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)器10和 通信質(zhì)量指示器11;信息管理控制裝置包括第二主控模塊5、人機(jī)交互模塊6、信息配置 模塊7、電源管理模塊8和時(shí)鐘管理模塊9;第一主控模塊1分別與通用光傳感器接口模塊2、無線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊3和網(wǎng)關(guān)接入模塊4相連，無線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊3連接網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān) 測(cè)器10;網(wǎng)關(guān)接入模塊4連接通信質(zhì)量指示器11 ；第二主控模塊5分別與人機(jī)交互模塊 6、信息配置模塊7、電源管理模塊8和時(shí)鐘管理模塊9相連，電源管理模塊8與通用光傳 感器接口模塊2連接；第一主控模塊1與第二主控模塊5連接。其中，通用光傳感器接口模塊2與第一主控模塊1的I/O 口相連；網(wǎng)關(guān)接入模塊 4與第一主控模塊1的數(shù)據(jù)總線相連；第一主控模塊1與第二主控模塊5通過串口相連； 人機(jī)交互模 塊6和信息配置模塊7分別與第二主控模塊5的I/O 口相連；電源管理模塊8 與第二主控模塊5的SPI總線相連；時(shí)鐘管理模塊9與第二主控模塊5的I/O接口相連。圖2示出了無線網(wǎng)絡(luò)通信控制裝置的一種具體實(shí)施方式
。其中，第一主控模塊1 采用Chipcon公司生產(chǎn)的CC2430芯片。通用光傳感器接口模塊2為光傳感器通用接口， 該通用光傳感器接口模塊2可與色度傳感器、照度傳感器和亮度傳感器等連接，由此將 不同類型的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，并依據(jù)信號(hào)特征進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實(shí)現(xiàn)多路復(fù) 用。通用光傳感器接口模塊2的電路原理圖如圖3所示。其中，電阻Rl的一端分別接 光傳感器的輸入信號(hào)和超低阻抗模擬開關(guān)Sl的NO腳，電阻Rl的另一端分別接放大器 Al的負(fù)端、超低阻抗模擬開關(guān)Sl的COM腳和數(shù)字電位器U2的RL腳；數(shù)字電位器U2 的RH腳分別接放大器Al的的輸出端和A/D轉(zhuǎn)換器的輸入端；放大器Al的正端接地。 工作時(shí)，超低阻抗模擬開關(guān)Sl的IN腳接CC2430芯片的IO 口，NC腳懸空；數(shù)字電位 器U2的RW腳接CC2430芯片的IO 口。超低阻抗模擬開關(guān)Sl采用Intersil公司生產(chǎn)的 ISL84780芯片。電阻Rl和超低阻抗模擬開關(guān)Sl的并聯(lián)結(jié)構(gòu)可程控切換輸入的電流或電 壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)傳感器的通用接入。數(shù)字電位器U2的型號(hào)為X9241AWP，可由程序控制 電阻的大小。放大器Al采用AD公司生產(chǎn)的OP27芯片。A/D轉(zhuǎn)換器采用AD公司生 產(chǎn)的AD9225芯片。放大器Al和A/D轉(zhuǎn)換器都由電源管理器模塊8分配電壓。無線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊3集成于第一主控模塊1中。如圖2所示，無線網(wǎng)絡(luò)通訊模 塊3與外界的子節(jié)點(diǎn)通過無線射頻傳輸進(jìn)行通信。進(jìn)一步地，在第一主控模塊1中還 集成有網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)器10，以利用無線通信過程中數(shù)據(jù)包攜帶的相關(guān)信息確定傳輸鏈路 質(zhì)量，判斷傳感器節(jié)點(diǎn)工作區(qū)域及故障信息，實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。網(wǎng)關(guān)接入模塊4采用 USB接口，具體可以是PDIUSBD12芯片，進(jìn)行高速批量數(shù)據(jù)傳輸。通信質(zhì)量指示器11 利用PDIUSBD12芯片的GL引腳外接的LED指示燈，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)接入的通信狀態(tài)的指示 作用，能夠判定USB接口的物理連接是否正常以及和計(jì)算機(jī)通信的階段狀態(tài)在枚舉階 段，LED間歇閃爍，USB正確識(shí)別，則LED保持點(diǎn)亮狀態(tài)。此外，如圖2所示，第一 主控模塊1通過串口與第二主控模塊5連接。信息管理控制裝置的其中一種實(shí)施方式可參見圖4。第二主控模塊5采用TI公 司生產(chǎn)的MSP430F449芯片；人機(jī)交互模塊6采用240*160黑白液晶屏和ATMEL公司型 號(hào)為ATA252 6S338的紅外接收頭。液晶屏和紅外接收頭分別與MSP430F449芯片連接。 信息配置模塊7采用ISSI公司的靜態(tài)RAM型號(hào)為IS61WV20488芯片，可貯存待處理數(shù) 據(jù)。電源管理模塊8采用ETC公司型號(hào)為FS1610的芯片，該芯片的多源輸出可以滿足 系統(tǒng)各模塊的不同電壓需求。時(shí)鐘管理模塊9采用MAXIM公司型號(hào)為DS1307芯片， 該芯片不受CPU主晶振及電容的影響，計(jì)時(shí)準(zhǔn)確。本實(shí)用新型的室內(nèi)光傳感器無線網(wǎng)絡(luò)的嵌入式網(wǎng)關(guān)，采用雙核控制結(jié)構(gòu)，兩組控制器(即無線網(wǎng)絡(luò)通信控制器和信息管理控制器，分別對(duì)應(yīng)于第一主控模塊1和第二主控模塊5)并行，各控制器能夠獨(dú)立處理數(shù)據(jù)任務(wù)，也可以利用兩組控制器之間數(shù)據(jù)傳遞 實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作，從而提高光傳感器無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)處理能力。圖5是嵌入式網(wǎng)關(guān)的雙核 并行結(jié)構(gòu)原理圖。第一主控模塊即為無線網(wǎng)絡(luò)通信控制器，通過其內(nèi)部集成的射頻收發(fā) 器與光傳感器無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)通信，各個(gè)檢測(cè)點(diǎn)傳感器單元的采集數(shù)據(jù)沿 著其他傳感器節(jié)點(diǎn)逐跳進(jìn)行傳輸，數(shù)據(jù)經(jīng)多跳路由后到網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)接收普通節(jié) 點(diǎn)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析融合后通過網(wǎng)關(guān)接入模塊4發(fā)送到上位機(jī)；無線網(wǎng)絡(luò)通信控制 器需要對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理和設(shè)置，包括掃描并選定物理信道，分配無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)地址，初始化網(wǎng)絡(luò)設(shè)置；配合網(wǎng)絡(luò)所采用的MAC算法和路由協(xié)議，協(xié)助其他網(wǎng) 絡(luò)節(jié)點(diǎn)建立路由；同時(shí)接收上位機(jī)的控制指令，完成用戶需求。第一主控模塊1還擴(kuò)展 了通用光傳感器接口模塊，可以實(shí)現(xiàn)照度，亮度，空間照度，紫外輻照度，色度等多種 光度色度傳感器的統(tǒng)一接入，可對(duì)多種光環(huán)境參數(shù)進(jìn)行本地測(cè)量，增強(qiáng)其通用性及可擴(kuò) 展性；通過在軟件設(shè)計(jì)上對(duì)不同種類參數(shù)設(shè)置與之對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)格式，采樣數(shù)據(jù)進(jìn)入網(wǎng)絡(luò) 通信控制器后，控制器依據(jù)不同的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換處理成統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式并加以 標(biāo)記，以方便數(shù)據(jù)的分類上傳和存儲(chǔ)。本實(shí)用新型嵌入式網(wǎng)關(guān)按如下方式實(shí)現(xiàn)雙核控制一、經(jīng)第一主控模塊1 (即無線網(wǎng)絡(luò)通信控制器)處理完成的數(shù)據(jù)通過串口向第 二主控模塊5傳送，第二主控模塊5首先對(duì)所接收數(shù)據(jù)物理信息類別(如照度，亮度，空 間照度，紫外輻照度等參數(shù))依據(jù)其數(shù)據(jù)幀格式進(jìn)行分析，然后進(jìn)行相應(yīng)的處理，并將 處理后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到信息配置模塊7。同樣上位機(jī)下達(dá)的控制指令也可以從第一主控模塊 1通過串行接口傳送到第二主控模塊5，對(duì)其擴(kuò)展的信息配置模塊7進(jìn)行重新設(shè)置，調(diào)整 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)位置和方式；依據(jù)用戶需求對(duì)電源管理模塊8和時(shí)鐘管理模塊9進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整， 以及通過對(duì)人機(jī)交互模塊的內(nèi)部設(shè)置進(jìn)行控制，改變?nèi)藱C(jī)界面的顯示內(nèi)容和格式，轉(zhuǎn)換 按鍵功能。二、同樣，第二主控模塊5(即信息管理控制器)外接信息配置模塊7內(nèi)部的 存儲(chǔ)數(shù)據(jù)也通過串口向第一主控模塊1傳送，經(jīng)USB接口至上位機(jī)進(jìn)行顯示、處理和存 儲(chǔ)；也可以向第一主控模塊1傳送人機(jī)界面的控制信息，實(shí)現(xiàn)光傳感器無線網(wǎng)絡(luò)配置， 調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，添加、刪除節(jié)點(diǎn)，改變通用光傳感器接口所外接的傳感器的采樣頻率和 休眠周期等，并將調(diào)整信息同步上傳到上位機(jī)；在脫離上位機(jī)時(shí)可以通過擴(kuò)展人機(jī)接口 對(duì)光傳感器無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行在線數(shù)據(jù)處理和監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)嵌入式網(wǎng)關(guān)獨(dú)立工作。
權(quán)利要求1.一種室內(nèi)光傳感器無線網(wǎng)絡(luò)的嵌入式網(wǎng)關(guān)，其特征是包括無線網(wǎng)絡(luò)通信控制裝 置和信息管理控制裝置，所述無線網(wǎng)絡(luò)通信控制裝置包括第一主控模塊(1)、通用光傳感 器接口模塊(2)、無線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊(3)和網(wǎng)關(guān)接入模塊(4)；所述信息管理控制裝置包 括第二主控模塊(5)、人機(jī)交互模塊(6)、信息配置模塊(7)、電源管理模塊(8)和時(shí)鐘管 理模塊(9)；所述第一主控模塊(1)分別與通用光傳感器接口模塊(2)、無線網(wǎng)絡(luò)通訊模 塊(3)和網(wǎng)關(guān)接入模塊(4)相連；第二主控模塊(5)分別與人機(jī)交互模塊(6)、信息配置 模塊(7)、電源管理模塊(8)和時(shí)鐘管理模塊(9)相連，電源管理模塊(8)與通用光傳感 器接口模塊(2)連接；第一主控模塊(1)與第二主控模塊(5)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的室內(nèi)光傳感器無線網(wǎng)絡(luò)的嵌入式網(wǎng)關(guān)，其特征是所述通用光 傳感器接口模塊⑵的電路為電阻Rl的一端與超低阻抗模擬開關(guān)Sl的NO腳連接， 電阻Rl的另一端分別與放大器Al的負(fù)端、超低阻抗模擬開關(guān)Sl的COM腳和數(shù)字電位 器U2的RL腳連接；數(shù)字電位器U2的RH腳分別與放大器Al的輸出端和A/D轉(zhuǎn)換器 的輸入端連接；放大器Al的正端接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于室內(nèi)光傳感器無線網(wǎng)絡(luò)的嵌入式網(wǎng)關(guān)，其特征是所 述無線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊(3)連接有網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)器(10)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于室內(nèi)光傳感器無線網(wǎng)絡(luò)的嵌入式網(wǎng)關(guān)，其特征是所 述網(wǎng)關(guān)接入模塊(4)連接有通信質(zhì)量指示器(11)。
專利摘要本實(shí)用新型公開一種室內(nèi)光傳感器無線網(wǎng)絡(luò)的嵌入式網(wǎng)關(guān)，包括無線網(wǎng)絡(luò)通信控制裝置和信息管理控制裝置，無線網(wǎng)絡(luò)通信控制裝置包括第一主控模塊、通用光傳感器接口模塊、無線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊和網(wǎng)關(guān)接入模塊；信息管理控制裝置包括第二主控模塊、人機(jī)交互模塊、信息配置模塊、電源管理模塊和時(shí)鐘管理模塊；第一主控模塊分別與通用光傳感器接口模塊、無線網(wǎng)絡(luò)通訊模塊和網(wǎng)關(guān)接入模塊相連；第二主控模塊分別與人機(jī)交互模塊、信息配置模塊、電源管理模塊和時(shí)鐘管理模塊相連，電源管理模塊與通用光傳感器接口模塊連接；第一主控模塊與第二主控模塊連接。本實(shí)用新型通過雙核控制結(jié)構(gòu)提高了光傳感器無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)處理能力。
文檔編號(hào)H04W84/18GK201797603SQ20102011109
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月9日
發(fā)明者葉煒, 張鈺唯, 汪麗, 許煜 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)